Calibre de fusible para transformador: cómo dimensionar el primario y el secundario
Para elegir el calibre de un fusible de transformador, parta de la corriente a plena carga del transformador en el lado que protege el fusible, tome el calibre normalizado inmediatamente superior o igual y compruebe después que la curva tiempo-corriente del fusible queda por encima de la corriente de irrupción durante la primera décima de segundo. Para un transformador de 100 kVA a 400 V trifásico esa corriente son 144 A, y un fusible gG de 160 A en cuerpo NH00 es el punto de partida habitual.
El error que cuesta dinero no es la aritmética, es el orden de las operaciones. La mitad de los problemas de fusibles en transformadores viene de dimensionar por kVA suponiendo que la cifra se traslada a través de la relación de transformación. La otra mitad viene de elegir un fusible que protege perfectamente el transformador y dispara cada vez que se energiza la planta, porque nadie miró la curva de irrupción.
Esta guía cubre la fórmula de la corriente a plena carga, una tabla que se lee directamente para potencias trifásicas normalizadas, la ventana de irrupción que fija el mínimo, la diferencia entre protección primaria y secundaria y qué familia de fusibles encaja en cada servicio. Todos los calibres siguientes son recomendaciones de diseño: mandan las curvas de fusión publicadas por el fabricante, y el reglamento de instalación aplicable fija el calibre máximo permitido.
Partir de la corriente a plena carga, nunca de los kVA
La placa de características da una potencia aparente en kVA. El fusible trabaja sobre una corriente. Solo son intercambiables cuando se fija la tensión, y la tensión del primario de un transformador de distribución no es la del secundario.
Dos ejemplos muestran la distancia entre ambos números para la misma potencia:
- 100 kVA a 400 V trifásico. La corriente a plena carga es de unos 144 A. El siguiente calibre normalizado es 160 A.
- Los mismos 100 kVA a 20 kV en el primario. La corriente primaria a plena carga es de unos 2,9 A. El fusible primario es un cartucho de media tensión, no un aparato de 160 A, y se elige para coordinarse con el aparato de baja tensión aguas abajo y no para el transformador solo.
Dimensionar un fusible primario de 20 kV a partir de una corriente de 400 V da un aparato unas cincuenta veces demasiado grande, y ningún cuidado en el lado de baja tensión lo compensa.
Hay además una advertencia sobre los propios kVA: un transformador se dimensiona normalmente para 40 °C de ambiente, el fusible no. Si el transformador está en una sala caliente, la corriente continua útil es inferior a la de placa antes de elegir nada, y el fusible debe elegirse para la corriente que la instalación llevará realmente.
La fórmula y una tabla que se lee directamente
Para un transformador trifásico la corriente a plena carga es:
I = kVA × 1000 / (√3 × U), que a 400 V queda I ≈ kVA × 1,44.
Para un transformador monofásico es simplemente I = kVA × 1000 / U, que a 230 V queda I ≈ kVA × 4,35.
Trifásico 400 V, siguiente calibre normalizado por encima de la corriente a plena carga:
| Transformador (kVA) | Corriente a plena carga (A) | Calibre siguiente (A) |
|---|---|---|
| 25 | 36,1 | 40 |
| 50 | 72,2 | 80 |
| 100 | 144,3 | 160 |
| 160 | 230,9 | 250 |
| 200 | 288,7 | 315 |
| 250 | 360,8 | 400 |
| 315 | 454,7 | 500 |
| 400 | 577,4 | 630 |
| 630 | 909,4 | 1 000 |
| 800 | 1 154,7 | 1 250 |
| 1 000 | 1 443,4 | 1 600 |
| 1 250 | 1 804,2 | 2 000 |
Monofásico 230 V, la misma lógica:
| Transformador (kVA) | Corriente a plena carga (A) | Calibre siguiente (A) |
|---|---|---|
| 10 | 43,5 | 50 |
| 15 | 65,2 | 80 |
| 25 | 108,7 | 125 |
| 50 | 217,4 | 250 |
Son puntos de partida, no respuestas. El calibre normalizado superior a la corriente a plena carga es el fusible más pequeño que no fundirá en régimen continuo. Saber si además soporta la irrupción y si sigue siendo lo bastante pequeño para proteger el cable exige las dos comprobaciones siguientes.
La irrupción fija el mínimo, no la carga
Un transformador conectado con el secundario abierto absorbe una corriente muchas veces superior a su calibre durante un instante muy breve. El núcleo satura en el primer semiciclo, la corriente de magnetización da un pico y luego decae en unos pocos ciclos mientras el flujo se estabiliza. Según el diseño y el punto de la onda de tensión en que cierra el interruptor, el pico puede llegar a 8–12 veces la corriente nominal, y algo más en unidades pequeñas.
Ese pulso dura una fracción de segundo, pero un fusible responde a él. La zona útil de la curva tiempo-corriente está alrededor de 0,01 a 0,1 s, donde un fusible gG necesita unas 5 a 8 veces su calibre para fundir. Un gG de 160 A atraviesa por tanto un pico de irrupción de unos 1 000 A sin fundir: por eso 160 A aguanta un transformador de 100 kVA que consume 144 A en carga pero supera ampliamente los 1 000 A al conectar.
Tres consecuencias:
- La irrupción fija el mínimo. Si la curva del fusible elegido fundiera dentro de la ventana de irrupción, hay que subir de calibre aunque la corriente a plena carga ya parezca generosa.
- La ventana es corta, la corriente no. El fusible debe soportar el pico, no la media. Por eso un fusible correcto para una carga resistiva dispara con un transformador de la misma potencia.
- La repetición cuenta. Un transformador energizado varias veces al día acumula predaño si el fusible trabaja cerca de su punto de fusión en cada conexión. Un calibre que aguanta un arranque en frío puede no aguantar un año de arranques.
Los fusibles diseñados para este servicio existen por algo: los clase J con retardo en Norteamérica y los aM en la práctica IEC desplazan la curva a la derecha en la zona de irrupción. El equilibrio se comenta más abajo.
Los fusibles primario y secundario protegen cosas distintas
La protección de los dos lados de un transformador no es intercambiable, y un cuadro con ambas no está sobreprotegido por casualidad.
| Posición | Qué protege | Se dimensiona desde | Qué no puede hacer |
|---|---|---|---|
| Fusible primario | El devanado del transformador y el cable de alimentación, frente a un defecto interno o en los bornes secundarios | La corriente primaria a plena carga y luego la comprobación de irrupción | Proteger el cable secundario ni las cargas aguas abajo |
| Fusible secundario | El cable secundario y el cuadro de distribución alimentado por el transformador | La corriente secundaria a plena carga, o la del cable si es menor | Detectar un defecto entre espiras en el devanado primario |
| Ambos a la vez | Un defecto secundario lo despeja el aparato secundario y el resto del cuadro queda con tensión | Coordinados para que actúe primero el secundario | Sustituir un dispositivo de defecto a tierra o de temperatura del transformador |
La coordinación importa más que cada calibre por separado. Si el fusible secundario es más lento que el primario ante un defecto en una salida secundaria, despeja el primario y deja sin tensión todo el cuadro: una molestia que se atribuye al calibre del fusible cuando el problema es la coordinación.
La práctica norteamericana de la NEC 450.3 limita el aparato primario al 125 % de la corriente primaria a plena carga, y el reglamento permite un calibre mayor cuando la irrupción del transformador no deja mantener el 125 %. La práctica IEC llega al mismo resultado mediante la curva tiempo-corriente gG y las tablas de selectividad del fabricante. En ambos casos el máximo permitido y la exigencia de irrupción deben cumplirse a la vez, y cuando chocan cambia el diseño, no el reglamento.
gG, aM, clase J, cuchilla y aR comparados
Cinco familias aparecen en el trabajo con transformadores, y usar una donde corresponde otra es el error de especificación más frecuente después del de los kVA.
| Tipo de fusible | Servicio típico en un transformador | Soporta la irrupción | Protección de sobrecarga | Notas |
|---|---|---|---|---|
| gG, cuchilla NH o cilíndrico | Protección primaria y secundaria de transformadores secos de baja tensión | Sí, en torno a 1,25–1,5 veces la corriente a plena carga | Sí | La opción por defecto. Los cuerpos NH suelen estar dados para unos 100 kA a 400–500 V CA, lo que cubre la mayoría de niveles de defecto en baja tensión |
| aM | Protección de cortocircuito junto a un contactor o arrancador | Sí, con holgura | No — el elemento de sobrecarga se omite a propósito | Nunca usar un aM como única protección: otro dispositivo debe cubrir la sobrecarga |
| Clase J con retardo | Cuadros norteamericanos hasta 600 V | Sí, por diseño | Sí, con retardo | Compacto y limitador; la respuesta estándar cuando aplica la NEC |
| Fusible de cuchilla sobre base | Distribución de media tensión, en poste o en armario de intemperie | Sí | Limitada | Corte visible, cartucho reemplazable, elegido para coordinarse con el aparato de baja tensión |
| aR, semiconductor o CC fotovoltaica | Cadenas fotovoltaicas y enlaces de continua, no primarios de alterna | No aplica | No | Rápido, apto para continua, sin elemento de sobrecarga. Familia equivocada para un transformador de alterna |
El patrón es simple. El gG es la respuesta general, con sobrecarga y cortocircuito. Todo lo demás es especialista, y cada especialidad quita algo: el aM quita la sobrecarga, el aR quita la sobrecarga y la aptitud para alterna, el fusible de cuchilla traslada la respuesta a media tensión.
La base, la envolvente y la temperatura
Un fusible se calibra en un entorno de referencia, y la base donde se monta forma parte del circuito. Tres efectos prácticos desplazan el calibre utilizable:
- La base tiene su propio calentamiento. Un portafusibles escaso para la corriente añade resistencia de contacto y calor, y el elemento funde entonces más caliente de lo que supone la curva. Un fusible de 160 A en una base de 160 A no tiene margen; el tamaño de cuerpo superior sí.
- Temperatura de la envolvente. Un fusible en un armario cerrado a 55 °C de ambiente ya está a medio camino de su punto de fusión antes de que circule corriente. Los fabricantes publican factores de derrateo por encima del ambiente de referencia, y no son opcionales en una sala caliente.
- Agrupamiento. Varios fusibles juntos en una envolvente se calientan entre sí. Una fila de seis fusibles de 160 A en una caja pequeña no son seis fusibles de 160 A independientes.
Nada de esto cambia la aritmética; cambia el margen. Si el cálculo cae exactamente sobre un calibre normalizado, los efectos anteriores lo harán desbordar, y la respuesta práctica es el calibre superior, siempre que el cable y el nivel de defecto lo permitan.
Cuatro errores que provocan disparos innecesarios
Cuando un fusible de transformador actúa al conectar en lugar de ante un defecto, la causa suele ser una de estas:
- Dimensionar por kVA en lugar de por corriente. El error más común y el más fácil de ver: divida los kVA por la tensión y el calibre deja de parecer generoso.
- Ignorar el punto de irrupción en la curva. Un calibre correcto a 1,3 veces la corriente a plena carga puede seguir siendo demasiado rápido a 8 veces durante 20 ms. Lea la curva a 0,02 s, no a 10 s.
- Usar un fusible rápido donde toca uno con retardo. Un gG elegido solo por la corriente permanente, en una aplicación que necesitaba la zona de retardo, actuará en cada conexión.
- Un transformador que falla en lugar de un fusible que falla. Si el fusible actúa repetidamente en el mismo punto del ciclo de conexión y el calibre es manifiestamente suficiente, el paso siguiente es un ensayo de resistencia de aislamiento y una comprobación de relación de transformación, no un fusible mayor. Sobredimensionar un fusible para que no actúe oculta un defecto de devanado hasta que se convierte en incendio.
Ese último punto merece decirse con claridad: subir el calibre es una respuesta legítima a la irrupción y una respuesta ilegítima a un defecto. La distinción es el ensayo de aislamiento, y cuesta menos que sus consecuencias.
Transformadores alimentados desde continua o fotovoltaica
La continua no se comporta como la alterna en el fusible. No hay cruce por cero natural, así que el arco de continua se mantiene, y un fusible previsto para alterna no despeja un defecto de continua a la misma tensión. Un fusible apto para continua tiene otro elemento y otro relleno, y su tensión asignada solo vale en continua.
En fotovoltaica el servicio también difiere del de un primario de transformador: un fusible de cadena protege el cable y los módulos frente a la corriente inversa de las otras cadenas, y no tiene elemento de sobrecarga. Por eso los fusibles de cadena PV son de tipo aR o gPV con tensión asignada en continua, y por eso un gG del lado de alterna no se puede sustituir. Cuando hay un transformador entre el campo PV y la red, los dos servicios siguen separados: fusibles de continua en el lado del campo, gG o el aparato de alterna aplicable en el lado del transformador.
La fotografía del inicio de esta página muestra un cartucho YOMIN NH1 aR marcado 250 A, 48 V CC e IEC 60269-4: un fusible de cuchilla apto para continua, que es la familia correcta para un enlace de batería o PV y la equivocada para un primario de transformador de 400 V CA. Los dos se parecen en un catálogo y se comportan de forma muy distinta ante un defecto.
Fusibles para protección de transformador de YOMIN
YOMIN suministra los formatos de fusible que aparecen en cuadros de transformador de baja tensión, armarios de intemperie y cajas de distribución fotovoltaica. Cuatro artículos cubren la mayoría de las consultas que siguen a este artículo:
El fusible de cuchilla NH00 de baja tensión 160 A tripolar, con elemento de cobre (referencia ym-0378) es el formato NH usado para proteger transformadores y salidas en cuadros de baja tensión, con elemento de cobre y cuerpo de poliéster, declarado para protección de sobrecarga y cortocircuito.
La base portafusibles de cuchilla tipo J de 300 A, seccionador de baja tensión (referencia ym-0429) combina el portacartucho con función de seccionamiento, que es lo que necesita un equipo de mantenimiento cuando hay que cambiar un fusible en un cuadro en servicio.
El fusible de cuchilla 1P+N de 60/80 A asignado 500 V (referencia ym-0266) es el formato monofásico para cuadros de distribución pequeños y acometidas.
El fusible solar NH1 de 80 A / 125 A / 250 A 48 V CC (referencia ym-0066) es el fusible de cuchilla apto para continua destinado a fotovoltaica y distribución de baterías, y es el artículo que aparece en la fotografía superior.
Esos son los calibres, materiales y tipos publicados para los artículos. El calibre correcto para su transformador sigue dependiendo de su corriente a plena carga, su irrupción y su nivel de defecto: envíe los kVA, la relación de transformación, el ambiente y el nivel de defecto, y la selección se confirma sobre la curva y no sobre una línea de catálogo. La gama completa está en fusibles y protección; para el método general de selección vea la guía de selección de fusibles y fusible frente a interruptor automático.
Preguntas frecuentes
¿Qué calibre de fusible para un transformador de 100 kVA?
A 400 V trifásico la corriente primaria a plena carga es 144 A, así que el siguiente calibre normalizado es 160 A: un gG NH00 de 160 A es la opción habitual. Ese calibre también soporta la irrupción de un transformador seco típico. A 20 kV el mismo transformador consume unos 2,9 A en el primario, lo que exige un cartucho de media tensión elegido por coordinación, no un aparato de 160 A.
¿Por qué mi transformador funde fusibles al conectar?
Porque se le pide al fusible que soporte la irrupción magnetizante, que alcanza 8–12 veces la corriente nominal durante unos ciclos. Si el calibre se eligió solo por la corriente a plena carga, la curva del fusible puede pasar por ese pico. Lea la curva a 0,02–0,1 s antes de cambiar nada; si el calibre es adecuado, ensaye el aislamiento del devanado en lugar de montar un fusible mayor.
¿Hacen falta fusibles en el primario y en el secundario?
A menudo sí, y protegen cosas distintas. El primario protege el transformador y su cable de alimentación; el secundario protege el cable secundario y el cuadro de distribución. Cuando están ambos deben coordinarse para que actúe primero el secundario ante un defecto aguas abajo; si no, un defecto secundario deja sin tensión todo el cuadro.
¿Puedo poner un fusible 1,5 veces mayor para evitar disparos?
Solo si el cálculo de irrupción demuestra que el calibre original era pequeño, y solo dentro del máximo que permita su reglamento de instalación. Un fusible mayor reduce la protección del cable y del devanado, así que es una decisión que necesita la curva y el reglamento, no un paso de prueba y error.
¿Un fusible gG protege un transformador frente a sobrecarga?
Sí. Los fusibles gG tienen a la vez elemento de sobrecarga y de cortocircuito, y por eso son la opción por defecto en baja tensión. Ese elemento de sobrecarga es también la razón por la que el calibre no puede subirse demasiado: un fusible lo bastante grande para no ver nunca la irrupción puede ser demasiado grande para proteger el devanado.
¿Está eligiendo los fusibles de un cuadro de transformador?
Envíe la potencia en kVA, la relación de transformación, el ambiente dentro del cuadro, el nivel de defecto y si el fusible va en el primario o en el secundario. Le respondemos con un calibre, la familia de fusibles adecuada al servicio y la base o seccionador que permite sustituirlo con seguridad.
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